揭示癌細(xì)胞繁殖和轉(zhuǎn)移的方式

已知癌細(xì)胞可以遷移并協(xié)作形成網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)作為獲取營(yíng)養(yǎng)和血管的管道。現(xiàn)在，日本的研究人員已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中從癌細(xì)胞中生成了類似的大型結(jié)構(gòu)，從而更好地了解了其潛在的作用及相互作用。

增殖細(xì)胞經(jīng)常相互合作，以形成自利的大規(guī)模結(jié)構(gòu)：這些包括細(xì)菌生物膜，保護(hù)性的上皮單層膜，甚至更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如內(nèi)皮毛細(xì)血管。惡性細(xì)胞在一種稱為血管生成擬態(tài)的過(guò)程中形成結(jié)構(gòu)，促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和轉(zhuǎn)移所需的血管。迄今為止，其生化和生物物理機(jī)制還沒(méi)有研究清楚，因?yàn)檫@種有目的的行為很難在實(shí)驗(yàn)中重現(xiàn)。

在《Biophysical Journal》雜志上近日發(fā)表的一項(xiàng)研究中，來(lái)自大阪大學(xué)的研究人員與先進(jìn)的信息與通信技術(shù)研究所、國(guó)家信息和通信技術(shù)研究所(NICT)合作，演示了生長(zhǎng)在人工基底膜基質(zhì)中的癌細(xì)胞遷移和大型結(jié)構(gòu)形成的過(guò)程，并開(kāi)發(fā)了簡(jiǎn)單的模擬模型復(fù)制了他們的觀察結(jié)果。

研究小組首先在基質(zhì)凝膠(一種類似于細(xì)胞外環(huán)境的膠質(zhì)蛋白混合物)上培養(yǎng)了HeLa細(xì)胞(一種上皮樣子宮頸癌細(xì)胞)，發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞具有侵略性地遷移并形成大規(guī)模結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。這在以前很難在體外實(shí)現(xiàn)，因?yàn)镠eLa細(xì)胞在玻璃上相對(duì)不動(dòng)。利用延時(shí)成像技術(shù)，他們分析了細(xì)胞遷移模式，并用兩點(diǎn)相關(guān)函數(shù)對(duì)大規(guī)模結(jié)構(gòu)進(jìn)行了量化。

NICT的高級(jí)研究員Tokuko Haraguchi博士解釋說(shuō)："我們觀察到HeLa細(xì)胞最初在基質(zhì)凝膠上表現(xiàn)出了更強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)性，而當(dāng)它們?nèi)谌氲揭粋€(gè)空間上截然不同的結(jié)構(gòu)中時(shí)，這種運(yùn)動(dòng)性就會(huì)減弱。我們還注意到，HeLa細(xì)胞在細(xì)胞聚集物之間形成了橋梁，結(jié)構(gòu)的形成依賴于細(xì)胞密度。"

為了解釋這些結(jié)果，研究人員開(kāi)發(fā)了一個(gè)模擬模型，在這個(gè)模型中，細(xì)胞移動(dòng)和相互作用使用兩種不同的力：通過(guò)基質(zhì)變形作用于遠(yuǎn)處的遠(yuǎn)程力和細(xì)胞之間物理上接近的接觸力。通過(guò)有選擇地啟用這些力量，他們根據(jù)細(xì)胞密度模擬了三種類型的結(jié)構(gòu)--島嶼、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和大陸。

該研究的**作者Tadashi Nakano解釋了這些發(fā)現(xiàn)的潛在意義："癌細(xì)胞可能依靠血管生成擬態(tài)來(lái)生存和增殖，對(duì)這一過(guò)程的全面了解，可以通過(guò)控制相關(guān)的細(xì)胞密度和力參數(shù)，抑制這些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這可能具有很大的抗癌潛力。"